- Почему точность определения размера имеет значение
- Шаг 1: Расчет общей тепловой нагрузки
- Шаг 2: Определение коэффициента явного тепла (SHR)
- Шаг 3: Расчет требуемого расхода воздуха
- Шаг 4: Учтите резервные мощности и перспективы роста
- Шаг 5: Выбор подходящего типа и конфигурации CRAC
- Контрольный список для определения размеров прецизионных кондиционеров
- Распространённые ошибки при подборе размера, которых следует избегать
- Часто задаваемые вопросы
Почему точность определения размера имеет значение
Центр обработки данных среднего размера (как правило, с ИТ-нагрузкой 50–500 кВт) сталкивается с типичной проблемой: система охлаждения должна точно соответствовать тепловой нагрузке. Увеличение размера приводит к частым циклам работы, неэффективному регулированию влажности и перерасходу энергии. Недостаточный размер зоны повышенного риска и отказы оборудования. Прецизионные кондиционеры (CRAC) предназначены для охлаждения явного тепла, однако их мощность необходимо рассчитывать исходя из реальных источников тепла, а не на основе предположений.
В данной статье представлен пошаговый метод расчета мощности блоков CRAC для среднего центра обработки данных, основанный на принципах инженерии и отраслевой практике. Мы рассмотрим расчет тепловой нагрузки, коэффициент явной теплоты, требования к воздушному потоку, резервирование и типичные ошибки.
Шаг 1: Расчет общей тепловой нагрузки
Общая тепловая нагрузка (в кВт или БТУ/ч) представляет собой сумму всех источников тепла внутри помещения. В случае центра обработки данных основным источником тепла является ИТ-оборудование, однако необходимо также учитывать теплопоступления через ограждающие конструкции, освещение, людей и вспомогательное оборудование.
Нагрузка на ИТ-оборудование
Используйте номинальные характеристики, указанные на паспортных табличках серверов, коммутаторов и систем хранения данных, но применяйте коэффициент разнообразия (обычно 60–80% от номинальной мощности), поскольку оборудование редко работает на полной нагрузке. Если у вас есть данные измерений, используйте их. Например, стойка с номинальной мощностью 10 кВт может потреблять в среднем 7 кВт. Умножьте общую нагрузку ИТ-оборудования на коэффициент диверсификации, чтобы получить фактическое тепловыделение.
Другие источники тепла
Добавьте следующее:
- Прирост стоимости конверта: теплопотери через стены, окна, крышу и пол. Для хорошо утеплённого внутреннего помещения эта величина часто составляет 5–10% от нагрузки IT. Воспользуйтесь расчётом теплопередачи или примите за основу значение 10–20 Вт/м² площади пола.
- Освещение: как правило, 10–20 Вт/м², в зависимости от того, используется ли светодиодная или люминесцентная лампа.
- Люди: около 100–150 Вт на человека (явное + скрытое).
- UPS, PDU и другие потери в электросети: они часто располагаются внутри помещения или рядом с ним; учитывайте их теплоотдачу, которая обычно составляет 5–10% от нагрузки IT.
Сложите эти величины, чтобы получить общая холодопроизводительность в кВт. Например, для помещения с ИТ-нагрузкой 150 кВт, тепловой оболочкой 10%, освещением 5 кВт, потреблением энергии людьми 2 кВт и электрическими потерями 10 кВт общая мощность составит 150 + 15 + 5 + 2 + 10 = 182 кВт.
Шаг 2: Определение коэффициента явного тепла (SHR)
В центрах обработки данных уровень образования влаги минимален, поэтому нагрузка на систему охлаждения почти полностью тепло, связанное с переходом тепла. Коэффициент явной теплоты (SHR) представляет собой долю явной теплоты в общей нагрузке. Для центра обработки данных показатель SHR обычно составляет от 0,9 до 1,0. Установки CRAC рассчитаны на общую холодопроизводительность, однако необходимо убедиться, что фактическая мощность соответствует явно выраженной нагрузке. Например, система CRAC с общей мощностью 100 кВт и коэффициентом SHR 0,9 обеспечивает явно выраженное охлаждение мощностью 90 кВт. Если ваша явно выраженная нагрузка составляет 95 кВт, вам потребуется агрегат большей мощности.
При сравнении агрегатов уточняйте величину явного теплового потока при ваших расчетных условиях (например, температура возвратного воздуха 24 °C, относительная влажность 50%). Некоторые производители указывают явный тепловой поток отдельно.
Шаг 3: Расчет требуемого расхода воздуха
Воздушный поток имеет решающее значение для отвода тепла. Необходимый расход воздуха (в кубических футах в минуту или м³/ч) рассчитывается на основе явного теплового нагрузки и перепада температур на охлаждающем змеевике:
Расход воздуха (CFM) = Явное тепло (BTU/ч) / (1,08 × ΔT) где ΔT — перепад температур на блоке кондиционирования (CRAC) (обычно 10–20 °F или 5–11 °C). Например, для явного теплового нагрузки 300 000 BTU/ч (около 88 кВт) с ΔT, равным 15 °F, требуется расход воздуха 300 000 / (1,08 × 15) ≈ 18 500 кубических футов в минуту.
Убедитесь, что расход воздуха в блоке CRAC соответствует данному требованию. Недостаточный расход воздуха приводит к повышению температуры подаваемого воздуха и образованию «горячих точек».
Шаг 4: Учтите резервные мощности и перспективы роста
Надежность в центрах обработки данных не подлежит обсуждению. Проектирование с учетом Избыточность N+1: если вам требуется охлаждающая мощность 182 кВт, установите три агрегата по 91 кВт (2+1) или четыре агрегата по 61 кВт (3+1). Также учитывайте будущий рост ИТ-нагрузки. Распространенной практикой является расчет с запасом мощности в 10–20%, но не настолько большим, чтобы агрегаты работали в режиме короткого цикла.
| Сценарий | Общая нагрузка (кВт) | Мощность агрегата (кВт) | Количество единиц (N+1) |
|---|---|---|---|
| Текущая нагрузка | 182 | 91 | 3 (2+1) |
| С ростом 20% | 218 | 109 | 3 (2+1) |
| С ростом 30% | 237 | 79 | 4 (3+1) |
В таблице показано, как избыточность и рост влияют на количество единиц. Всегда проверяйте фактическую производительность при ваших проектных условиях, а не только общую производительность.
Шаг 5: Выбор подходящего типа и конфигурации CRAC
Агрегаты CRAC выпускаются в различных конфигурациях: нисходящий поток (подача воздуха через пол) или восходящий поток (с верхней разводкой). Нисходящий поток воздуха широко используется в центрах обработки данных с фальшполом. Также можно выбрать между с воздушным охлаждением, с водяным охлаждением, или с гликолевым охлаждением конденсаторы с учетом инфраструктуры вашего объекта. Компания VERHI предлагает линейку высокоточных кондиционеров, разработанных для средних центров обработки данных, с возможностью выбора моделей с высоким коэффициентом явного теплообмена и энергоэффективными компонентами.
Рассмотрим экономизация (естественное охлаждение) — если позволяют климатические условия — с использованием наружного воздуха или воды для сокращения времени работы компрессора. Это может значительно снизить показатель PUE, однако влияет на расчет мощности, поскольку установка должна выдерживать более высокие нагрузки в тех случаях, когда экономизация недоступна.
Контрольный список для определения размеров прецизионных кондиционеров
- Рассчитать нагрузку на ИТ-систему с учетом коэффициента разнообразия.
- Добавьте потери в оболочке, от освещения, от людей и электрические потери.
- Определите общую нагрузку на систему охлаждения в кВт.
- Рассчитать нагрузку от явного тепла (SHR 0,9–1,0).
- Рассчитайте необходимый расход воздуха с помощью ΔT.
- Выбирайте установки CRAC с явно выраженной производительностью, равной или превышающей явно выраженную нагрузку.
- Предусмотреть резервирование по принципу N+1 и запас на будущее расширение.
- Проверьте расход воздуха и статическое давление в воздуховодах/распределительной камере.
- Ознакомьтесь с техническими характеристиками производителя для ваших условий эксплуатации.
- Рассмотрите возможности оптимизации потребления энергии с целью экономии.
Распространённые ошибки при подборе размера, которых следует избегать
Избегайте следующих ошибок:
- Использование номинальной IT-нагрузки без диверсификации – завышает расчетную нагрузку, что приводит к выбору агрегатов слишком большого размера.
- Игнорирование коэффициента теплоотдачи – Агрегат с низким показателем SHR может не обеспечить необходимую мощность охлаждения.
- Забыв об увлажнении – в условиях сухого климата системам CRAC могут потребоваться увлажнители, что увеличит нагрузку.
- Увеличение размеров в целях “безопасности” – приводит к частым циклам работы, неэффективному удалению влаги и увеличению расходов на электроэнергию.
- Неучёт распределения воздушного потока – даже если общий расход воздуха соответствует норме, неправильная схема расположения может привести к появлению зон повышенной температуры.
Правильный подбор мощности — это не просто выбор агрегата с достаточной мощностью в кВт, а согласование номинальной мощности, расхода воздуха и резервных мощностей с конкретным профилем тепловой нагрузки.
Инженерная команда VERHI
Часто задаваемые вопросы
В чём заключается разница между общей холодопроизводительностью и явно выраженной холодопроизводительностью?
Общая холодопроизводительность включает в себя отвод как явного, так и скрытого тепла. Явная холодопроизводительность — это та часть, которая снижает температуру без изменения влажности. В центрах обработки данных наблюдаются высокие явные тепловые нагрузки, поэтому необходимо убедиться, что явная холодопроизводительность агрегата соответствует вашей явной тепловой нагрузке.
Какой уровень резервирования следует предусмотреть?
Как правило, для средних центров обработки данных рекомендуется схема N+1. Это означает, что если для охлаждения нагрузки требуется N агрегатов, устанавливается схема N+1, чтобы выход из строя любого одного агрегата не приводил к простою. Некоторые объекты выбирают схему 2N для критически важных систем, но это приводит к увеличению затрат.
Можно ли использовать кондиционер с режимом «комфорт» вместо кондиционера с режимом «прецизионный»?
Кондиционеры серии «Comfort» характеризуются более низким коэффициентом явного тепла (около 0,7) и не рассчитаны на непрерывную работу при высоких явно тепловых нагрузках. Кроме того, они не обеспечивают точного регулирования влажности. Кондиционеры серии «Precision CRAC» разработаны специально для условий центров обработки данных и отличаются более высоким коэффициентом явного тепла и повышенной надежностью.
Как рассчитать тепловую нагрузку от имеющегося ИТ-оборудования?
Если у вас есть система мониторинга энергопотребления, используйте среднее значение потребляемой мощности. В противном случае используйте номинальные значения, указанные на заводской табличке, умноженные на коэффициент диверсификации (0,6–0,8). Для серверов также можно использовать типовые значения на стойку (например, 5–10 кВт для стандартных стоек, больше — для стоек высокой плотности).
Как высота над уровнем моря влияет на расчет размеров системы CRAC?
На больших высотах плотность воздуха уменьшается, что снижает его способность передавать тепло. Это означает, что вам может потребоваться более мощный воздушный поток или установки большего размера. Ознакомьтесь с коэффициентами поправки на высоту, указанными производителем; как правило, они применяются при высоте свыше 1 000 метров.
Нужна помощь в подборе прецизионных систем кондиционирования для вашего центра обработки данных? Наши инженеры могут проанализировать вашу тепловую нагрузку и порекомендовать оптимальную конфигурацию систем CRAC. Свяжитесь с компанией VERHI уже сегодня.
